机器学习驱动的 CO₂ 转化无金属催化剂计算设计

项目概览

爱丁堡大学（University of Edinburgh）化学学院的博士项目，将量子化学、机器学习与生成式 AI 相结合，研究并设计用于二氧化碳转化的无金属有机催化剂。导师包括化学学院的 Ephrath Solel Moroshko 博士、Antonia Mey 博士，以及信息学院的 Kartic Subr 博士。

具体反应是将 CO₂ 加到环氧化物上，生成环状碳酸酯。研究希望找出决定催化反应活性的结构因素，通过计算数据训练模型，再生成和评价新的催化剂。该项目属于面向全球申请者的竞争性博士资助。

申请截止时间为 2026 年 12 月 2 日星期三中午 12 点（GMT）。初步联系要求提交求职/申请说明信（cover letter）和 CV，并在提交前完成化学学院 2027/28 入学的平等、多样性及包容性表格，将生成的 Receipt Number 填入说明信。

项目详情

CO₂ 大量来自化石燃料燃烧、工业过程和土地利用变化。碳捕集与利用（CCU）的目标之一，是将 CO₂ 作为化工原料。CO₂ 与环氧化物生成环状碳酸酯的反应，理论上具有 100% 原子经济性，产物可用于电池电解液、绿色溶剂，以及聚合物和药物相关前体。

这一反应需要催化剂。无金属有机催化剂具有成本较低、毒性较低和结构易于调整等吸引力，但不少体系仍需要较高温度或压力、较大催化剂用量，或卤化物助催化剂，影响工业应用。要设计更好的体系，必须理解不同催化剂为何表现不同。计算化学能够解释机理和量化活性，但跨不同催化剂家族预测反应性的通用模型仍不充分。

博士研究将首先用量子化学计算考察不同有机催化剂的反应机理，并计算周转频率（TOF）。这些数据将用于训练机器学习模型，学习结构与活性的关系，预测尚未研究的催化剂。接着，模型将指导通过遗传算法、主动学习等方法生成和优化新的分子结构。具有潜力的候选还要回到计算化学中评价，以检验预测，并把新的结果加入数据集、改进模型。项目因此强调化学建模与机器学习之间反复反馈，而非只生成分子或只拟合一个预测模型。

方法分工上，Solel Moroshko 团队主要提供量子化学研究，Mey 与 Subr 团队提供机器学习和生成式设计方面的支持。研究者将接受共同指导，既要理解催化机理，也要参与计算、数据分析及研究软件开发。

学生将成为两个化学研究团队的正式成员，接受定期一对一指导，并每两周与 Solel Moroshko 和 Mey 进行联合会面；另每月与 Subr 会面，获得机器学习与信息学视角的建议。在 E5 cohort 培养之外，团队将依据学生已有背景制定个性化训练，覆盖量子化学、分子机器学习、生成模型与高性能计算，并强调可复现、开源的科研软件。

其他机会包括 CCP5 暑期学校及 AIchemy Hub 的培训，并在国内外学术会议报告工作。具体课程参加条件、时间与资源安排仍需结合入学后的培养计划确定。项目鼓励化学和计算方向之间的交叉学习。

申请要点

• 研究重点：量子化学机理、不同有机催化剂的 TOF 数据、结构—活性模型、生成式设计、遗传算法、主动学习及候选的计算复核。

• 导师：Ephrath Solel Moroshko、Antonia Mey、Kartic Subr，分别提供计算有机化学、分子机器学习和信息学支持。

• 培养：定期一对一、两周一次的两位化学导师联合会面、每月信息学院导师会面；包括 E5 cohort 培养及针对背景的量子化学、ML、生成模型与 HPC 训练。

• 初步申请：cover letter 和 CV 发给 Ephrath.solel@ed.ac.uk；正式申请流程还需查阅 E5 DTP 说明。

• 先完成化学学院 2027/28 入学的 Equality, Diversity & Inclusion Form；生成的唯一 Receipt Number 必须写入 cover letter。

• 截止：2026 年 12 月 2 日中午 12 点（GMT）。

• 化学学院持 Silver Athena SWAN 认证；学校参与 Race Equality Charter，并支持 LGBT 平等及家庭友好安排。

• 学校保留自行调整或撤回所公布奖学金、且不另行通知的权利。

需要进一步确认

项目介绍没有列明具体学历成绩门槛、英语要求、资助年限、生活津贴金额及国际学费承担。应确认 E5 正式门户与学院初步邮件的先后要求、两种 EDI 表格的关系、实际算力与计算软件资源、入学时间，以及计算预测是否会安排后续实验合作验证。

PhD 项目深度调研报告：爱丁堡机器学习与无金属 CO₂ 催化剂设计

是否值得申请

这个项目的吸引力在于把反应机理与分子机器学习连接起来：先计算有机催化剂的活性差异，再学习可迁移的结构—活性关系，最后用量子化学检查生成的新候选。适合喜欢编程、愿意理解化学机理并建设可靠研究软件的化学背景申请者。计算化学研究经历是加分项，并不要求入学前同时精通化学和 AI。E5 奖学金需要竞争，国际生占年度录取总数的比例上限为 30%。申请截止 2026 年 12 月 2 日中午 12 点 GMT，即北京时间当晚 20 点。宜尽早联系导师，并核对化学学院初步联系与 E5 正式申请之间的衔接。项目与导师安排；2027 年申请指南。

研究问题与博士工作

算出活性之后，模型能否预测新家族

研究对象是 CO₂ 与环氧化物加成生成环状碳酸酯，产物可用于电解液、溶剂及其他化学品的合成。不能把项目中的简写理解成“将 CO₂ 转化为环氧化物”。无金属有机催化剂的结构容易调整，但现有体系对反应条件、催化剂用量或卤化物助催化剂的依赖，仍会限制实际应用。博士需要解决的核心问题是：不同催化剂家族之间，能否建立有效的活性预测，而不是仅识别与训练样本很相似的分子。

项目拟先通过量子化学计算研究多种有机催化剂的反应机理与周转频率（TOF），用这些数据训练结构—活性模型，再结合遗传算法、主动学习及生成模型探索新结构。候选分子随后回到量子化学计算中接受检查，并提供新的训练数据。这里承诺的是计算研究，尚不能据此认定包含实验室合成、工业测试或产业化结果。研究问题与计算路线。

官方三年研究计划中，第一年开展针对性训练、已知催化剂计算、文献数据整理以及首轮 ML 和生成流程；第二年扩展量子化学数据，建设结构—活性预测器；第三年探索新结构、计算复核、反馈优化，并整理开放软件、数据和论文。因此，可能形成的成果既包括机理认识，也包括经过整理的计算数据与可复用软件；数据规模和发表进度尚未固定。

基于研究路线，值得关注的检验是：模型能否跨催化剂家族泛化，生成的结构能否通过更高成本的计算验证。机理标签是否一致、预测不确定性以及模型在哪些情况下失效，与平均预测分数同样重要。这是研究判断，并非额外入学门槛。反应所称 100% 原子经济性 也只是理论上原子进入产物的程度，不代表全生命周期已经实现负碳排放；能源、原料和工艺条件仍需单独评价。

学校、化学学科与培养

项目设于英国 爱丁堡大学化学学院，信息学院提供共同指导，预计学位授予单位为爱丁堡大学。这里是博士奖学金机会，公开介绍并未给出雇佣合同。化学博士目录列出的常规全日制学制为三年，E5 资助最长四年，而本项目科学计划按三年安排。申请者需要确认注册、写作期与资助里程碑如何对应，不能仅凭这些说明承诺第四年的具体安排。化学博士项目；E5 资助年限。

学校官方资料显示，爱丁堡大学位列 QS 世界大学排名 2027 综合第 35。更直接的化学学科依据是爱丁堡与圣安德鲁斯组成的 EaStCHEM 研究学院：在 REF 2021 联合提交中，超过 99% 的研究产出获评世界领先或国际优秀，研究环境全部获评世界领先。前者是综合排名，后者是历史联合学科评价，都不能替代当前化学专业排名或个别导师指导质量。加入 EaStCHEM 也不等于获得两校联合学位。排名与口径；EaStCHEM 学科评价。

培养内容包括量子化学、分子 ML、生成方法、高性能计算及可复现的开源研究软件，并配合 E5 同届训练。项目还提及 CCP5 暑期学校和 AIchemy 训练机会，但没有保证具体名额或算力额度。AIchemy 训练网络。

导师、论文与研究条件

Ephrath Solel Moroshko 是计算有机化学讲师，官方研究方向包括反应机理、量子计算、微观动力学和机器学习。Antonia Mey 是高级讲师，研究涵盖分子模拟与生成式 ML。Kartic Subr 从信息学角度参与，已有研究涉及近似计算、物理模拟和推断；不能将其一般计算研究直接等同于本反应的催化研究积累。Solel Moroshko 个人资料；Mey 个人资料；Subr 研究。

三篇近年研究体现了互补的方法基础：

• Bernhardt 等，Chemical Science，2023： 关于氨基巯基卡宾、CO₂ 及相应产物间重原子量子隧穿的研究，将含 CO₂ 反应的能量景观与可逆隧穿联系起来，Solel Moroshko 为共同作者。它支持机理与量子化学分析能力，但不是已经解决环状碳酸酯催化剂优化的证据。本次读到出版商索引中的摘要和引言，未完整阅读论文全文。论文。
• Runcie 与 Mey，JCIM，2023，SILVR： 通过引导既有等变扩散模型，在无需重新训练的情况下控制分子生成。其价值在于展示可控生成方法；既有验证并不证明本项目催化活性，也不意味着博士必须采用 SILVR。论文与摘要。
• Memery 与 Subr，2026：《Discovering High Level Patterns from Simulation Traces》以无监督程序合成，把密集物理模拟轨迹转为稀疏、可解释的模式，以支持推理。arXiv 记录包含 2026 年 9 月修订。其物理基准没有验证化学 TOF；与本项目的联系是可解释计算及用物理行为检验模型的方法意识。预印本。

共同署名能够说明研究联系，本次资料不足以进一步分配每位作者的具体贡献，也不能将已有论文当作未来博士成果的保证。

指导安排包括定期一对一、与 Solel Moroshko 和 Mey 每两周一次联合会议、与 Subr 每月一次会议，学生同时加入两个化学研究组。项目还介绍了代码/HPC 伙伴、共享代码库与代码审查、每周组会和共同约定的指导框架。团队自述当时分别有三人和八人，属于公开介绍时点的规模。核心工作时段与计算工作的灵活安排需要配合线下参与；E5 要求住在爱丁堡合理通勤距离内，不提供全程远程博士。算力配额、软件许可及发表预期仍应面谈确认。团队与工作方式；E5 地点要求。

资助、生活预算与申请资格

E5 面向所有国籍开放，当前 2026/27 学年生活津贴为每年 £21,805，最长支持四年；本次尚未确认 2027/28 标准。资助包含本土标准学费和基本研究费用，爱丁堡大学承担国际生学费差额。国际生 30% 的年度名额限制意味着奖学金需要竞争，表达兴趣并不自动获得资助。签证费、移民健康附加费（IHS）、机票和搬迁不在覆盖范围。奖学金条件。

学校于 2026 年 3 月估算的 2026/27 生活费为每年 £18,504、每月 £1,542，包括住宿水电、饮食、电话、休闲和当地交通。以同一参考学年的津贴相减，示例差额为每年 £3,301、每月约 £275，尚未扣除另列或一次性支出；它不是储蓄承诺，也不是 2027 年租房报价。押金、出行、移民费用与物价变化都需要预留预算。学校生活成本估算。

E5 通常要求至少相当于英国二等一荣誉学位的良好学历，也会考虑相关工作经历及研究生学历，不强制要求硕士。本项目希望有化学相关本科背景、对化学和编程感兴趣，计算研究经历为加分项。化学博士目录列出 IELTS Academic 总分 6.5、单项至少 6.0，并接受规定的其他资格；不接受 IELTS One Skill Retake。初次提交 E5 申请不强制附上有效语言成绩，之后可能作为录取条件。学历与语言资格；具体博士要求。

中国学历说明提供了适当学历的附条件认可路径，但其中 80%／80–85% 表格明确针对授课型项目及两个指定 MScR 项目，不能据此认定化学博士适用统一分数线。中国申请者应提供具体学校、学位与成绩请招生部门评估，既不宜假定全部符合，也没有依据认定中国学历被排除。项目及签证情况可能涉及 ATAS，不能仅凭国籍确定某个人的审核结论。中国学历说明；化学博士准入说明。

申请步骤、准备与职业方向

项目介绍要求先将申请信（cover letter）和 CV 发至 Ephrath.solel@ed.ac.uk，并在信中填写化学学院 2027/28 EDI 表生成的 Receipt Number；当前 E5 项目页列出的联系地址则为 esolelm@ed.ac.uk。应确认优先使用哪个邮箱、是否需要完成两个 EDI 流程；邮件咨询不能替代正式提交。

正式 E5 申请需要 Studentship 表、最多两页的学术 CV、学历材料和完成后的在线 E5 EDI 表 PDF，并把该表 Response ID 填进 Studentship 表。非英文材料须与官方英文译本合并成同一个 PDF。两位推荐人必须使用 E5 官方推荐表及单位邮箱；不接受普通推荐信，拟指导导师或团队成员不能担任推荐人。推荐材料也须按时收到。只允许申请一个项目，上传材料后还须点击最终提交，提交后不能修改。2027 年材料与提交规则。

另一个通用申请页仍混用过去轮次日期及“国际生必须先获提名”的说明。当前 FAQ 则解释导师会提名进入短名单，并允许在跟进邮件仍未获回复后提交申请。应优先采用当期 2027 指南，同时向 E5 确认国际生预提名规则，不能假定旧说法的矛盾已自动解决。当前 FAQ；混有旧轮次信息的通用页。当期时间表给出的结果通知期限为 2027 年 2 月 1 日，海外居住申请者线上面试为 2 月 24 日；接受录取的统一时间仍待确认。2027 时间表。

准备时可选一个机理或计算项目，说明可复现代码如何组织，以及如何识别不可靠预测。这些是展示能力的建议，并非新增必交材料。若只希望做通用 AI，对理解化学或排查计算问题兴趣较弱，匹配度可能不高。

可衔接方向包括计算化学、分子信息学、科研软件及后续学术研究。英国皇家化学学会的劳动力研究强调数字、绿色和跨学科技能，但不能证明这一细分方向的岗位数量、爱丁堡毕业生去向或保证就业。可迁移能力最终取决于实际完成的软件、数据质量控制和模型验证；学术路径可能需要博士后阶段和地域流动。RSC 职业与技能研究。

下一步与待确认问题

申请前，先确认两个 EDI 标识、联系邮箱、国际生预提名要求及个人学历等同性。

面试时，重点讨论起始催化剂范围、数据一致性、模型失效如何衡量、导师分工，以及 HPC 和许可软件。

接受前，取得书面 2027 津贴和资助期限，确认三年研究计划与注册及资助里程碑的对应，落实签证/ATAS、前期自付支出及基本额度之外的研究成本。学校保留调整或撤回奖学金的权利，个人可获得的支持最终以书面录取和资助安排为准。

证据与来源

项目、申请与培养

• 官方项目与指导安排
• 2027 年申请指南
• E5 学历与资助条件
• 当前申请者 FAQ
• 混有旧轮次说明的通用申请页
• 2027 年招募时间表
• 化学博士
• 中国学历指引
• 官方排名
• EaStCHEM

导师与研究

• Solel Moroshko 个人资料
• Mey 个人资料
• Subr 研究
• CO₂ 与量子隧穿，2023
• SILVR，2023
• 模拟轨迹解释，2026
• AIchemy 训练网络

生活与职业

• 爱丁堡生活费估算
• RSC 劳动力研究